Введение к работе
Актуальность проблемы. Познание закономерностей развития половых клеток, нереста, оплодотворения и раннего эмбриогенеза морских беспозвоночных за последние годы все больше смещается в область исследования механизмов регуляции этих процессов. Большое внимание уделяется значению экологических факторов, холинергической и моноаминергической системы, внутриклеточным мессенджерам и молекулярным механизмам (Касьянов и др., IS80. Размножение...., М.: Наука. 134 с; Деридович, Хотим-ченко, 1985. Биол.моря. 3: 53-58; Eckberg, 1988. Biol. Bull., 17*: 95-108; Motavkine, Varaksine, 1989, La Reproduction ..., Brest: Ifremer. 250 p.; Хотимченко и др., 1993. Биология ..., М.: Наука. 169 с). Важным компонентом нервной регуляции функций в организме является пептидергическая система.
Представления о регуляторных пептидах претерпели за последние годы чрезвычайно бурное развитие. К настоящему времени сформировались понятия об особенностях их биосинтеза и процес-синга, локализации, распространении, функциональной непрерывности, регуляторном континууме, состоящем из регуляторных пептидов и сопряженных с ними межклеточных сигнализаторах другой природы (Ашмарин, Каменская, 1988. Итоги науки и техники. Т. 34. 184 с; Ашмарин и др., 1989. Физиол. ж. 75: 627-632; Замятин, 1990. Ж. общ. биол. 51: 147-162 и др.). Подавляющее большинство сведений о регуляторных пептидах получено на позвоночных животных. В последнее время эндогенные регуляторные пептиды найдены в нервной системе, пищеварительном тракте, половой железе, эндокринных и других органах и тканях ряда беспозвоночных животных. Накапливаются данные о их участии в регуляции различных функций, в том числе и репродуктивной. Структурное сходство функционально значимых участков регуляторных пептидов беспозвоночных и позвоночных животных указывает на то, что, очевидно, общие принципы их взаимодействия с рецепторами у тех и других животных могут быть очень похожими или даже одинаковыми. В то же время функциональные проявления регуляторных пептидов у беспозвоночных и позвоночных разнятся.
Их особое место среди эндогенных биологически активных веществ определяется многочисленностью, полифункциональнос-
тью каждого пептида в сочетании с перекрыванием функций между разными регуляторними пептидами, а также способностью служить материальной основой для передачи сигналов между интегративны-ми системами организма. Однако это не умаляет значения в процессах регуляции размножения других регуляторних систем, таких, например, как ыоноаминергическая или холинергическая, с которыми они тесно взаимодействуют.
Кооперативное действие регуляторних систем опосредуется в гонаде половыми стероидными гормонами. Их значение в регуляции функций у .позвоночных изучено достаточно обстоятельно. У беспозвоночных эти факторы долгое время оставались неизвестными и лишь в последние десятилетия стероидные гормоны были найдены у многих морских беспозвоночных, в том числе и у двустворчатых моллюсков,и морских ежей. Основные пути их синтеза и обмена, очевидно, сходны у всех животных. Уже в первых исследованиях было высказано предположение, что в регуляции половой системы двустворчатых моллюсков и иглокожих стероидные гормоны выполняют функции аналогичные таковым у млекопитающих. Однако многие стороны их функциональной значимости оставались неизвестными. Очень важен вопрос о месте, которое занимают половые стероидные гормоны в общей системе регуляции функций гонады. Это потребовало обратить более пристальное внимание на их участие в гаметогенезе.
Открытие донервной регуляции эмбриогенеза стимулировало исследование эндогенных механизмов регуляции раннего эмбрионального развития (Бузников, 1987. Нейротрансмиттёры ..., М.: Наука, 232 с). Учитывая имеющиеся представления, можно предполагать, что пептидергическая и стероидергическая системы играют важную роль в раннем эмбриогенезе двустворчатых моллюсков и морских ежей.
Цель и задачи работы. Цель работы заключалась в установлении пептидергических механизмов регуляции пролиферации, роста, созревания и формирования половых клеток, нереста и раннего эмбрионального развития у двустворчатых моллюсков и морских ежей.
В основные задачи работы входило:
I) Охарактеризовать пептидергическую нейросекреторную систему, ее структурные и функциональные изменения на протяжении репродуктивного цикла. Выявить наличие, локализацию и содержание регуляторних пептидов в нервной системе и половой
железе;
-
Проследить морфологические связи между нервной системой и половой железой, получить ультраструктурные, гисто- и иммуноцитохимические доказательства пептидергической иннервации половой железы;
-
Выяснить значение некоторых регуляторних пептидов, гормональных и внутриклеточных механизмов их действия на пролиферацию гониев, рост и созревание ооцитов, нерест и раннее эмбриональное развитие;
-
Описать наличие и локализацию ферментов стероидогенеза и половых стероидных гормонов, выявить и охарактеризовать соматические стероидергические элементы половой железы, исследовать способность половых клеток, эмбрионов и личинок к синтезу половых стероидных гормонов;
-
Показать значение половых стероидных гормонов в пролиферации, росте, созревании и формировании половых клеток;
-
Выявить наличие и значимость функциональных связей между пептидергической системой и половыми стероидными гормонами и их взаимодействие с межклеточными регуляторами другой природы.
Научная новизна. В работе выявлены структурные и функциональные изменения Пептидергической нейросекреторной системы на протяжении репродуктивного цикла и нереста. Доказана пептидер-гическая иннервация половой железы. Выявлено наличие, локализация и содержание некоторых регуляторних пептидов и показано их- значение в гонадогенезе. Разные этапы развития половой клетки контролируются различными регуляторними пептидами.
Локализованы основные ферментные системы обмена полоеых стероидных гормонов. В семенниках и яичниках двустворчатых моллюсков-и морских ежей выявлены и охарактеризованы стерои- -дергические элементы. Впервые, кроме соматических стероидерги-ческих элементов, ферменты стероидогенеза и половые стероидные гормоны найдены в ооцигах и клетках сперматогенного ряда -сперматогониях, сперматоцитах, сперматидах и сперматозоидах. Утверждается, что половая клетка двустворчатых моллюсков и морских ежей функционирует как стероидцепгивная-стероидерги-ческая система.
У самцов этих животных половые стероидные гормоны ускоря-ютпролиферацию сперштогониев, созревание сперматоцитов П,
формирование сперыатид и сперматозоидов, не влияя на созревание сперматоцитов І. У самок стероидные гормоны повышают про-лиферагивную активность гониев, ускоряют цито- и трофоплазма-тический рост за счет активации синтетических процессов как в половой железе, так и в самом ооците.
Реинициация мейоза в ооцитах контролируется гонадостиму-лирующим регуляторным пептидом. Гормональная индукция мейоза является многоступенчатым процессом. Выявлено, что серотонин выполняет функцию эндогенного гормонального фактора реинициа-ции мейоза в ооцитах двустворчатых моллюсков. Доказано, что действие серотонина осуществляется через специфические серото-ниновые рецепторы. Впервые подробно исследованы внутриклеточные механизмы передачи сигнала с серотонинового рецептора в ооцит, которая протекает по Са -фосфоинозитидзависимому пути. Активными участниками усиления рецепторзависимых внутриклеточ- . ных сигналов является арахидоновая кислота и ее липоксигеназ-ный метаболит - 5-гидроксиэйкозагетраеновая кислота.
Выявлено, что серотонин, являясь мейозиндуцирующим веществом у двустворчатых моллюсков, вызывает нерест у этих животных. Простагландини усиливают нерест, не влияя на реинициацию мейоза в половой клетке.
Регуляторные пептидергическая и стероидергическая системы, формирующиеся в процессе развития половой клетки, сохраняются после ее созревания, участвуют в оплодотворении и начинают функционировать на ранних стадиях эмбриогенеза, осуществляя регуляцию нормального развития.
Теоретическое и практическое значение работы. Выполненная работа носит экспериментально-теоретический характер. Полученные сведения раскрывают механизмы регуляции гаметогенеза, нереста и раннего эмбрионального .развития и могут быть использованы в разработке способов контроля над размножением морских беспозвоночных. На основании полученных данных разработан и предложен способ стимуляции нереста у двустворчатых моллюсков. Способ прост и удобен в исполнении как в лабораторных, так и полевых условиях и не оказывает отрицательного влияния на развитие потомства. Способ защищен авторским свидетельством. Знание особенностей полового цикла самцов приморского гребешка и его регуляции позволило разработать способ оценки гонадотроп-
ной активности химических соединений. Использование самцов этого моллюска в качестве тест-объекта дает возможность дифференцированно оценивать пролиферативную активность гониев, ге-нез сперматоцитов І, сперматоцитов П, сперматид и сперматозоидов после действия различных природных или синтетических химических соединений, чего нельзя выявить при использовании традиционных лабораторных животных. Способ защищен авторским свидетельством.
Апробация работы. Основные результаты были представлены на I и П Всесоюзных .конференциях по нейроэндокринологии (Ленинград, 1S74; Иваново, 1982), УП Международном симпозиуме по нейросекреции (Ленинград, 1976), Пятом и Восьмом Всесоюзных совещаниях по изучению моллюсков (Ленинград, 1975, 1987), ІУ Всесоюзном коллоквиуме по иглокожим (Боржоми, 1979), ХІУ Тихоокеанском научном конгрессе (Хабаровск, 1979), УІ Всесоюзном совещании эмбриологов (Москва, 1981),П Всесоюзном съезде океанологов (Севастополь, 1982), Всесоюзной конференции "Механизмы действия медиаторов и гормонов на эффекторные клетки" (Суздаль, 1989), Советско-Финском симпозиуме по биологии развития (Суздаль, 3991), Региональной конференции Международного общества нейробиологии беспозвоночных "Простые нервные системы" (Минск, 1991), Восьмом международном рабочем совещании по пек-тинидам (Франция, 1991), рабочем совещании "Консервация генетических ресурсов" (Пущино, 1992), научных семинарах и конференциях Института биологии моря ДВО РАН.
. Объем и структура работы. Диссертация изложена в настоящей брошюре в форме научного доклада, обобщающего результаты, представленные в 44 публикациях в отечественных и международных изданиях;